CRSl0陀螺儀及其在角速率與轉(zhuǎn)角測量中的應(yīng)用

1．2．2 CRSl0數(shù)據(jù)讀寫與數(shù)據(jù)處理
通過SPI總線，可以對CRSl0進(jìn)行讀寫操作?？梢愿鶕?jù)設(shè)計要求設(shè)置控制寄存器的值達(dá)到控制效果，也可以使用寄存器的默認(rèn)設(shè)置。控制指令由1個字節(jié)狀態(tài)位，4個字節(jié)的數(shù)據(jù)位和1個字節(jié)的校驗位共6個字節(jié)組成。向CRSl0寫控制指令時，只要將指令串通過SPI總線發(fā)送給CRSl0即可。
讀取CRSl0輸出的數(shù)據(jù)時，從總線上讀取到的是6個字節(jié)的數(shù)據(jù)，依次是：1個字節(jié)的狀態(tài)位，2個字節(jié)的角速率數(shù)據(jù)位，2個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)位和1個字節(jié)的校驗位。
角速率值(RATE_OUT)和溫度值(TEMP_OUT)輸出的數(shù)據(jù)格式均為16位二進(jìn)制的補(bǔ)碼，可以使用式(1)進(jìn)行解算：

式中，DATA_VALUE為寄存器的輸出數(shù)據(jù)，VALUE為轉(zhuǎn)換后實際的測量量的值，Scale為寄存器值最小值代表的最小單位，n為對應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)。
在這里有一個小技巧，由于數(shù)據(jù)是16位二進(jìn)制補(bǔ)碼類型，可以使用數(shù)據(jù)類型為整型(int)存儲數(shù)據(jù)，這樣亦可以省略其中的數(shù)據(jù)處理過程。

2 角速率和轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)設(shè)計
這里給出了基于LMS8962與CRSl0的傾角測量系統(tǒng)的原理與設(shè)計。
2．1 轉(zhuǎn)角測量原理
CRSl0是測量其所在PCB平面的角速率。根據(jù)運動學(xué)原理，角度等于角速率在時間上的積分，因此，可以得到轉(zhuǎn)角與角速率的關(guān)系：

式中，θ是當(dāng)前角度，θo是運動初始時的初始轉(zhuǎn)角，ω為角速率，to為初始時刻，t為當(dāng)前時刻。
在數(shù)字系統(tǒng)中，采用其離散型方程：

式中，θ、θo、ω的含義與式(2)相同，△t表示采樣數(shù)據(jù)的時間間隔。
根據(jù)上述原理，利用CRSl0設(shè)計測量轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。只要保證采樣頻率夠快，轉(zhuǎn)角平臺穩(wěn)定，噪聲較小即可。
2．2 硬件電路設(shè)計
使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測量系統(tǒng)，LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3內(nèi)核微處理器。它有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)，PWM，CAN和串行總線(SSI)等，功能強(qiáng)大，易于集成。
LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖3所示。LMS8962通過SSI總線與CRSIO進(jìn)行通信。將采集到的數(shù)據(jù)存儲到SD卡中，將解算得到的結(jié)果實時在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數(shù)據(jù)存儲為將來的數(shù)據(jù)分析提供一個很好的數(shù)據(jù)采集平臺。SSI是串行通信總線，它兼容SPI總線。